Selidik Misteri Hilangnya Gas Karbon Monoksida di Cakram Protoplanet

Karbon monoksida sangat terang dan sangat umum di piringan protoplanet, menjadikannya target utama bagi para astronom. Piringan protoplanet atau cakram protoplanet adalah semacam piringan akresi yang terbentuk di sekitar bintang muda.

Namun, perkiraan menunjukkan bahwa kelimpahan gas CO dalam disk berkurang relatif terhadap nilai yang diharapkan. Sebagian besar karbon monoksida hilang dalam semua pengamatan cakram tersebut, jika prediksi kelimpahannya saat ini benar.

Kendala empiris dari sifat dasar piringan protoplanet sangat penting untuk memahami pembentukan planet dan sifat planet. Gas karbon monoksida (CO) sering digunakan untuk membatasi sifat piringan.

Menurut penelitian baru yang dipimpin oleh Pusat Astrofisika Harvard & Smithsonian, karbon monoksida telah bersembunyi di formasi es di dalam cakram protoplanet.

"Ini mungkin salah satu masalah terbesar yang belum terpecahkan dalam cakram pembentuk planet," kata Diana Powell, astronom di Pusat Astrofisika Harvard & Smithsonian, seperti dikutip Sci-News.

"Karbon monoksida pada dasarnya digunakan untuk melacak semua yang kita ketahui tentang cakram—seperti massa, komposisi, dan suhu."

Menurutnya, bergantung pada sistem planet yang diamati, karbon monoksida tiga hingga 100 kali lebih sedikit dari yang seharusnya. Itu turun dengan jumlah yang sangat besar.

"Ini bisa berarti banyak dari hasil kami untuk cakram telah bias dan tidak pasti karena kami tidak cukup memahami senyawanya," kata Powell.

Penelitian ini dijelaskan dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Nature Astronomy dengan judul "Depletion of gaseous CO in protoplanetary disks by surface-energy-regulated ice formation."

Dalam studi baru ini, Powell dan rekan-rekannya membuat perubahan pada model astrofisika yang saat ini digunakan untuk mempelajari awan di planet ekstrasurya.

"Yang benar-benar istimewa dari model ini adalah ia memiliki fisika terperinci tentang bagaimana es terbentuk pada partikel," jelasnya.

"Jadi bagaimana es bernukleasi menjadi partikel-partikel kecil dan kemudian bagaimana ia mengembun."

Model ini, lanjutnya, dengan hati-hati melacak di mana es berada, pada partikel apa ia berada, seberapa besar partikelnya, seberapa kecilnya, dan bagaimana pergerakannya.

Para penulis menerapkan model yang diadaptasi ke piringan planet. Mereka berharap untuk menghasilkan pemahaman mendalam tentang bagaimana karbon monoksida berevolusi dari waktu ke waktu di pembibitan planet.

Untuk menguji validitas model mereka, mereka membandingkan keluarannya dengan pengamatan menggunakan teleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) terhadap karbon monoksida dalam empat cakram yang dipelajari dengan baik : TW Hya, HD 163296, DM Tau, dan IM Lup.

Teleskop ALMA adalah teleskop radio astronomi interferometer di gurun Atacama Chili utara. ALMA diharapkan dapat memberikan wawasan tentang kelahiran bintang pada alam semesta awal dan pencitraan rinci bintang lokal dan formasi pada planet.

"Hasil dan modelnya bekerja dengan sangat baik," Powell menjelaskan temuan mereka.

Model baru yang juga sejalan dengan masing-masing pengamatan, menunjukkan bahwa keempat cakram tidak benar-benar kehilangan karbon monoksida sama sekali. Karbon monoksida baru saja berubah menjadi es, yang saat ini tidak terdeteksi dengan teleskop.

Model tersebut juga menunjukkan bahwa tidak seperti pemikiran sebelumnya, karbon monoksida terbentuk pada partikel es yang besar, t​erutama setelah satu juta tahun. Sebelum satu juta tahun, gas karbon monoksida berlimpah dan dapat dideteksi dalam cakram.

"Ini mengubah cara kami berpikir tentang es dan gas didistribusikan dalam cakram," kata Powell. "Ini juga menunjukkan bahwa pemodelan terperinci seperti ini penting untuk memahami dasar-dasar lingkungan ini."